In der Hochenergie-Astrophysik spielen Röntgenteleskope als primäre Informationsquelle eine Schlüsselrolle. Das Gewicht der auf Satelliten stationierten Teleskopspiegel verursacht beim Raketenstart erhebliche Kosten und begrenzt gleichermaßen deren Erfassungstiefe. Deshalb wurden leichtgewichtige und dabei trotzdem formgenaue Materialalternativen zu den bisher verwendeten konventionellen Teleskopspiegeln und deren Prozessketten entwickelt.
Dieses Projekt zielte auf die Entwicklung einer Prozesskette zum Einsatz von äußerst präzise gebogenem Dünnglas mit eine Dicke von 400 nm. Glas zeichnet sich durch eine Vielzahl materialspezifischer Vorzüge aus.
rechts: spiegelnd gefräste, mikroporöse Hartkeramik Cesic® (Quelle: TAZ Spiegelau/ECM Moosinning)
Aufgrund des niedrigen Flächengewichtes von Dünnglas wurde ein vakuumunterstützter Senkbiegeprozess installiert. Damit sich verbleibende Lufteinschlüsse zwischen Biegeform und Dünnglas restlos absaugen lassen, wurde eine Biegeform aus mikroporösem keramischem Material entwickelt.
Zugleich bestand die Anforderung an eine äußerst hohe Form- und Temperaturstabilität der Biegeform. Ausgangspunkt dafür bildete die Faserverbundkeramik eines Wirtschaftspartners. Dieses Material wurde auf Basis des bereits etablierten völlig gasdichten Materials weiterentwickelt zu einer mikroporösen Keramik mit gleichmäßiger Offenporigkeit. Der Porendurchmesser beträgt 40±10 µm, und der damit erreichte spezifische Leitwert beträgt mehr als 1,8 m⊃3;/h/m⊃2;.
Um die Saugleistung im Senkbiegeprozess auch flächenhomogen zu gewährleisten, wurde für die Biegeform ein Kombidesign entwickelt und hergestellt. Diese Biegeform besteht aus einem gasdichten Stützrahmen zur Versteifung und der porösen formgebenden Kontaktfläche zum Biegen des Dünnglases.
Zur Bearbeitung dieser offenporigen sprödharten Keramik wurde ein neues Verfahren entwickelt, mit dem es erstmalig möglich war, dieses Material ohne Werkzeugverschleiß für die durchgehende Oberflächenbearbeitung der Biegeform in einem Schritt ohne Unterbrechung zu fräsen. Mit den entwickelten Prozess-parametern und den speziellen Dickschicht-Diamant-Fräsern wurden Mikrorauheiten von Ra = 0.02 µm erzielt.
In einem nächsten Schritt erfolgte das Feintuning ausgewählter Koordinaten mit einem Femtosekunden-Laser. Diese Ablation sichert darüber hinaus den Erhalt der Offenporigkeit an der Oberfläche der Keramik und verhindert die mögliche Kontamination des zu biegenden Dünnglases mit verschlepptem Materialabrieb.
Die gesamte Prozesskette der Bearbeitung der Biegeform wird überspannt von dem durchgängigen Einsatz von Nullpunktspannsystemen, die einen exakten Übertrag der Koordinatensysteme bzw. -versätze gewährleisten.
Das Maß der Formabweichung zum CAD-Modell wird auf einem Koordinatenmessgerät ermittelt und anschließend auf einem Konturmessplatz validiert, der Letzterer für dieses Projekt um eine dritte Achse erweitert wurde.
